캘리포니아의 수소 충전소는 연간 15%의 Capex로 펌핑하는 것보다 더 많은 시간을 고정하고 있습니다. - CleanTechnica

플라톤에 의해 재발행

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최근 저는 수소 트럭 운송과 관련된 연구를 검토해 왔습니다. 왜냐하면 수소 트럭은 진지한 운송 연구 기관이 여전히 에너지 캐리어에 대한 희망을 품고 있는 몇 안 되는 곳 중 하나이기 때문입니다. 저는 지금까지 2010년까지 유럽과 북미 여러 국가의 연구를 살펴보았습니다.

가장 최근에 저는 수소, 배터리 전기 및 전기 도로 시스템, 바이오 연료 및 디젤을 기준으로 또 다른 총 소유 비용 시뮬레이션을 수행하는 유럽 연구의 동료 검토 그룹에 참여했습니다. 제가 놀랐던 점 중 하나는 수소 차량의 유지 관리에 대한 가정이 너무 낮아서 배터리 전기 수준에 불과하다는 연구 결과가 나왔습니다.

나는 더 높은 차량 유지 관리 비용에 대한 일화적인 증거를 알고 있었고 고압, 극한의 온도 범위, 공기 순도 요구 사항 및 수소의 특성과 관련된 첫 번째 원칙도 더 높아야 한다고 제안했습니다. 그래서 더 많은 자료를 찾아봤습니다.

캘리포니아 차량 유지 관리 보고서에 따르면 3개의 교통 기관에 걸쳐 수소 연료 전지 버스를 운영하고 8년 동안 운영한 결과 유지 관리 비용이 디젤버스보다 평균 50% 더 높음 같은 거리를 여행한 경우. 그 내용을 조사하고 작성하는 동안 복잡한 주유소에도 비슷한 유지 관리 문제가 있는지 잠시 궁금했지만 이에 대해서는 다른 날로 미루었습니다. 오늘이 바로 그날인 것 같습니다.

출판 후, 한 화학 엔지니어 지인은 총 소유 비용 연구에서 유지 관리 비용은 일반적으로 연간 자본 지출의 3%로 제시되지만, 350 기압 급유 솔루션을 고려하면서 받은 급유기의 인용문은 다음과 같다고 말했습니다. 대신 자본 지출의 10%여야 합니다. 불행히도 그는 그것들을 공유할 수 없었습니다.

물론, 수소 충전소에 대한 국제 청정 교통 협의회의 가정을 살펴보러 갔을 때 저는 다음과 같은 사실을 발견했습니다. 이:

우리는 이전 연구와 유사하게 유지 관리 및 인건비의 연간 고정 운영 비용을 시스템 자본 비용의 4%로 가정합니다(Brynolf et al., 2018; Matute et al., 2019).

일화에 따르면 이는 수소 트럭에 연료를 공급하여 총 소유 비용을 체계적으로 이익을 주는 규모의 또 다른 엄지손가락인 것으로 보입니다. 그러나 그것이 실제로 사실인가? ICCT와 기타 기관이 고려해야 할 이용 가능한 데이터가 있습니까?

출처를 추적하는 데 시간이 좀 걸렸지만 다시 캘리포니아와 미국 NREL이 찾아왔습니다. 2022년 보고서를 찾았는데, 차세대 수소충전소 분석, 연례 우수성 검토 및 동료 평가 회의에서 DOE 수소 프로그램의 일부로 발표되었습니다. 여기에는 주 내 연료전지 펌프에 대한 2년간의 유지보수 데이터가 포함되어 있습니다. 데이터는 2021년 XNUMX분기 이후에 종료되었지만 이는 코로나 이후 증가를 확인하기에 충분했으며 물론 코로나 이전 데이터도 있었습니다.

데이터는 Toyota Mirais, Hyundai Nexos 등에 55기압의 수소를 공급하는 주로 경자동차용 소매점 700곳을 다루었습니다. 많은 사람들은 더 많은 펌프에 대한 수요가 없기 때문에 펌프를 하나만 가지고 있습니다. 거기에는 두어 대의 대형 차량 스테이션도 있었지만 별도로 분리되지 않았습니다. 이는 불행하게도 추가된 복잡성으로 인해 유지 관리 비용이 확실히 증가하기 때문입니다. 주정부가 건설하려고 했던 110개의 새로운 역은 실현되지 않았으며, 현재 수는 몇 년 후에도 55개로 남아 있습니다.

복잡성이 추가된 이유는 무엇입니까? 글쎄요, 경차용 연료 보급 펌프는 느리며 실제 속도에 대한 NREL 보고서에 따르면 분당 평균 0.93kg의 수소를 공급합니다. 즉, Toyota Mirai를 빈 상태에서 채우는 데 약 10분이 소요됩니다. 이는 미국에서 분당 XNUMX갤런의 속도로 작동하는 가스 펌프와 비교됩니다. 갤런은 수소 XNUMXkg에 해당하는 에너지입니다. 연료전지 자동차는 내연기관 자동차보다 더 효율적이므로 XNUMX분 만에 자동차 한 대에 해당하는 XNUMX갤런의 연료를 소비할 수 있습니다.

물론 이는 주유 시 50~100kg 이상의 수소가 필요한 대형 트럭에는 완전히 부적절하며, 이로 인해 배터리 전기 트럭의 충전 시간보다 주유 시간이 최대 90분 더 길어집니다. 그리고 중형 배송 차량에도 적합하지 않습니다. 왜냐하면 이러한 경차 스테이션은 긴 재압축 주기를 거치기 전에 약 XNUMXkg을 배송하도록 최적화되어 있기 때문입니다. 그것은 한 연구 보고서의 일부입니다. 중형 배달밴의 시범 영국에서는 수소 15kg을 얻는 데 연료를 공급하는 데 약 10분이라는 XNUMX배의 시간이 걸렸습니다.

따라서 더 높은 등급과 더 높은 비용의 추가 장비가 대형 차량 주유소에 추가되어 다소 개선됩니다. 아직 좋지 않습니다. 테스트 환경에서 NREL은 가압 수소를 사용하여 디젤 펌프 속도를 대략적으로 계산했지만 이는 맞춤형 테스트 시설이므로 원격으로 경제적이거나 상용화 가능하다는 보장은 없습니다.

NREL이 제공하는 캘리포니아 수소 충전소의 수소 공급 및 유지 관리 이벤트

보고서 8페이지의 차트는 펌핑된 수소의 양과 유지 관리 요구 사항 사이에 강력하고 합리적으로 예측 가능한 선형 상관 관계가 있음을 분명히 보여줍니다. 이는 제가 살펴본 주유소 연구와 동일한 것입니다. 4배 더 많은 양의 수소를 펌핑하고 4배 더 많은 유지 관리 작업을 수행하세요.

그러나 수소충전소 유지관리가 얼마나 필요한지 명확하게 밝히지 않았습니다. 보고서의 여러 페이지에 숫자가 표시되는 수학이 필요했습니다.

첫 번째 숫자는 펌핑된 수소의 킬로그램입니다. 저는 코로나2021 이후 XNUMX개월 간의 데이터가 있는 XNUMX년 상반기를 선택했는데, 이때 펌핑된 수소 톤수는 프로그램 역사상 가장 많았고, XNUMX년간의 수소 펌프 개선과 운영 우수성 프로그램이 과정을 실행할 시간을 가졌습니다.

55개 충전소에서 540,000kg의 수소가 캘리포니아 내 13,000대 이상의 수소 차량에 공급되었습니다. 그렇습니다. 미국의 해당 주는 중국을 포함한 세계 어느 나라보다 도로에 더 많은 수소 차량을 보유하고 있습니다. 하지만 여전히 역당 평균 차량 수는 236대에 불과합니다.

일부 주유소에서는 하루에 최대 300kg을 공급했는데, 이는 평균 펌프가 매일 공급하는 휘발유 갤런 양의 극히 일부에 불과했습니다. 물론 그 킬로그램을 운반하는 데 10배의 시간이 더 걸렸기 때문에 정거장은 평소보다 더 분주해 보입니다.

지난 55분기 동안 540,000개 스테이션과 54만kg의 데이터는 하루 평균 스테이션당 3kg에 불과하다. 차량당 주유량이 60kg(18%)이라고 가정하면 각 충전소에는 하루에 13대의 차량만 볼 수 있습니다. 이는 평균 15일마다 연료를 재급유한다는 의미입니다. 이는 평균 연료전지 차량이 하루에 약 37마일을 주행한다는 것을 의미하며, 이는 미국의 하루 평균 주행거리인 XNUMX마일에 훨씬 못 미치는 수준입니다.

같은 기간 동안 예정된 이벤트와 예정되지 않은 이벤트, 예방적 유지 관리 및 잘못된 문제 해결 사이에 3,250건의 유지 관리 이벤트가 기록되었습니다. 보고서에는 해당 기간에 대한 이벤트당 유지 관리 시간이 없지만 다른 페이지에는 3.6년 동안 이벤트당 XNUMX시간의 과거 평균이 표시됩니다.

수학적으로는 55개 방송국이 본 것으로 나타남을 나타냅니다. 11,700개월 동안 212시간의 유지 관리, 스테이션당 약 1.2시간, 하루 약 27시간. 내가 알 수 있는 한, 이 중 어느 것도 일일 검사와 볼트 조임이 아니라 펌프 서비스를 중단시키는 예정되거나 예정되지 않은 유지 관리 이벤트입니다. 유지 관리 이벤트의 2.5%는 해결하는 데 24시간 미만이 걸렸으며, 평균은 XNUMX시간으로 매우 높았고 많은 이벤트를 해결하는 데 XNUMX시간 또는 심지어 XNUMX시간이 걸렸습니다.

그게 높나요? 그런 것 같았습니다. 주유소에 대한 동등한 데이터를 찾으러갔습니다. 2013년 연구를 찾았는데, 주유소 체인의 유지 관리 작업 분석 및 일정 수립, 570개 스테이션의 40개 펌프에 대한 데이터가 포함되어 있습니다. 중간 오류 스테이션에는 디스펜서당 시간당 0.002 오류가 있는 것으로 나타났습니다. 스테이션당 평균 14개의 펌프가 있는 이 스테이션은 먼지가 많은 스테이션이 아니었지만 매우 붐볐습니다. '시간'이 적극적으로 사용된 시간인지 총 시간인지 확인할 수는 없었지만, 한 자릿수 차이라도 시간당 실패 횟수가 많지는 않습니다.

이 연구는 유지보수가 필요한 고장 사이의 평균 시간과 예방적 유지보수의 이점에 초점을 두었기 때문에 유지보수 활동 기간은 없지만 평균 예방적 유지보수를 사용하면 14개의 펌프가 있는 스테이션에서 550시간마다 고장이 발생한다는 점을 분명히 했습니다. 또는 특정 펌프는 검사, 닦기 및 볼트 조이기 외에는 일년 중 XNUMX분의 XNUMX 동안 작동하지 않습니다.

그렇다면 캘리포니아의 수소 충전소는 어떤 모습일까요? 대부분의 주유소에는 주유소가 한두 개밖에 없다는 사실을 기억하십시오.

음, 0.93kg의 평균 유량을 고려할 때, 이들 충전소는 펌핑하는 수소 3.6kg마다 46시간의 유지 관리가 필요한 것으로 나타났습니다.

총 유지 관리 시간(다시 한번 언급된 평균 기간과 사건 수에서 도출되었지만 NREL 보고서에는 명시적으로 언급되지 않음)은 11,700년 첫 55개월 동안 2021개 스테이션에서 XNUMX시간.

0.93 유량으로 수소를 펌핑하는 총 시간은 9,677 시간.

캘리포니아의 수소 충전소는 2,000년 상반기에 수소를 펌핑하는 데 소요된 시간보다 수리 및 유지 관리에 2021시간이 더 소요되었습니다.

내가 이 보고서를 썼다면 이 첫 번째 발견은 큰 비명을 지르는 편지의 앞부분과 중앙에 있었을 것입니다. 대신 열심히 파서 찾아야 했어요. 하지만 비용은 어떻습니까?

우리가 700기압(해수면 아래 XNUMX마일이 넘는 압력)을 다루고 있다는 점을 고려하면 Joe's Gas Station Maintenance의 값싼 기술자를 말하는 것이 아닙니다.

보고서 14페이지에는 유지 관리당 비용이 분기당 스테이션당 $10,000 이상, 즉 연간 $40,000 이상이었다고 아무런 맥락도 없이 발표되어 있습니다. 나는 그것을 더 자세히 조사한 결과 유지 관리 비용이 사용량에 따라 선형적으로 증가하고 사용량이 매우 낮게 유지된다는 것을 보여주는 기본 데이터 세트를 발견했습니다. 데이터의 마지막 50,000분기에는 방송국당 연간 약 $XNUMX가 표시되었습니다.

당시 55개 스테이션의 XNUMX분기 동안 총 지출은 $였습니다.1,375,000. 그러면 시간당 유지 관리 비용이 118달러가 됩니다.

주유소에 비해 사용량이 얼마나 낮은가요? 평균 펌프는 일반적인 사용 시 연간 300,000갤런 이상, 하루에 약 900갤런을 이동하도록 설계되었습니다. 주유소 보고서에 따르면 평균 주유소에는 14개의 펌프가 있으므로 하루에 10,000갤런이 넘습니다. 가장 큰 수소 충전소의 하루 300kg은 동종 요법의 양이며, 1,200회에 하루에 분배되는 수소 3,000kg당 XNUMX~XNUMX달러에 이르는 매우 높은 자본 비용을 갖습니다. 2020 DOE 수소 프로그램 보고서, 많은 킬로그램에 걸쳐 상각되지 않습니다.

해당 보고서에 따르면 캘리포니아 전체에서 가장 붐비는 스테이션이 막 770kg에 도달했을 때 인수되는 스테이션은 1,620kg/일에서 300kg/일을 처리할 수 있는 것으로 나타났습니다. 분명히 말하면, 기존 충전소는 더 많은 수소를 공급할 수 있었지만, 수소 차량이 너무 적고 운행도 적기 때문에 그렇게 하라는 요구를 받지는 않았습니다.

몇 가지 비용 가정을 해보겠습니다. 수소 비용에 대한 연구를 통해 비용이 낮아졌다는 것이 분명해졌습니다. 기존 55개 충전소가 수소 분배 킬로그램당 3,000달러라는 매우 높은 범위에 있다고 가정해 보겠습니다. 그들이 전달하는 것보다 훨씬 더 많은 크기를 가지고 있고 하루에 분명히 300kg이 넘는다고 가정해 봅시다. 770kg/일 범위의 최저치를 가정해 보겠습니다. 이는 평균 방송국의 자본 비용을 2.3만 달러로 만들고 그 중 55개 방송국의 비용은 약 130억 XNUMX천만 달러입니다.

설비투자의 4%에 해당하는 유지 관리 비용은 연간 약 5만 달러를 지출할 것으로 예상되지만 연간 지출 비용은 1,375,000달러에 불과합니다. 좋아 보여.

그러나 그들은 하루에 스테이션당 54kg만 펌핑하고 있으며 데이터에서 알 수 있듯이 유지 관리는 배송된 킬로그램에 따라 선형적으로 증가합니다. 54kg을 평균 770kg으로 확장하면 스테이션이 계획된 용량으로 운영될 경우 실제 유지 관리 비용이 연간 20천만 달러가 될 것임을 알 수 있습니다.

설비투자의 15%가 아닌 4%입니다. 그리고 수소충전소 영업사원들이 약속하는 설비투자의 10%도 아닌 것으로 보입니다. 분명히 그들이 입찰에서 하고 있는 일은 구매자들이 수소 연료 보급의 훨씬 더 나쁜 현실에 대비하고 있다는 것입니다.

참조 클래스 예측에 대해 간략하게 살펴보겠습니다. 이는 Bent Flyvbjerg 교수와 그의 팀이 거의 30년 동안 대규모 프로젝트에 대한 데이터를 수집하면서 고안한 추정 방법입니다.

간단히 말해서 RCF는 다음과 같습니다. 당신이 하려는 일에 관해 가능한 모든 데이터를 얻으세요. 평균을 찾아보세요. 당신의 추정에 그것을 사용하십시오. 교량을 건설하는 경우, 건설된 교량의 실제 비용을 모두 찾을 수 있습니다. 평균을 내세요. 그것부터 시작하세요. 자신이 특별하다고 믿을 만한 확실한 이유가 있는 경우에만 상향 또는 하향 조정하십시오.

Flyvbjerg와 공동 저자인 Dan Gardner의 책을 읽어보셨다면, 중요한 일을 수행하는 방법, 2023년 최고의 비즈니스 도서 목록 중 종종 상위권에 있는 이 책은 RCF와 이를 적용하는 방법에 대해 읽어보셨을 것입니다. 아직 Big Things를 읽지 않았다면 지금 읽어보세요.

이는 트럭 운송 총 소유 비용 연구에서 무엇을 의미합니까? 방송국 비용이 발생하고 있고 그래야 한다면 유지 관리 비용은 자본 지출의 15%가 아닌 자본 지출의 4%로 유지되어야 합니다.

내가 DOE 연례 회의를 보고하고 내가 발견한 보고서를 발표했다면 이는 더 큰 글자로 결과를 펌핑하는 것보다 2,000시간 더 많은 유지 관리 시간이 되었을 것입니다.

좋습니다. 이 데이터를 통해 설명할 수 있는 변명은 얼마나 될까요? 이는 인수를 미리 로드하는 데 도움이 됩니다.

#1: 기술은 아직 성숙하지 않았으며 상황은 더 좋아질 것입니다!

수소 충전소는 25년 넘게 전 세계적으로 배치되어 왔으며 캘리포니아는 다른 어떤 나라보다 더 많은 수소 충전소를 보유하고 있습니다. 이는 XNUMX년 간의 데이터 중 마지막 몇 분기에 해당하므로 불필요한 것을 버리고 유지 관리를 최적화할 시간이 있었습니다.

#2: 실제 유지관리 비용을 늘리는 것은 공평하지 않습니다!

펌핑된 킬로그램 대 유지보수 이벤트에 대한 곡선 피팅은 자체 데이터에서 선형이며 주유소 펌핑 유지보수 연구에 의해 뒷받침됩니다. 나는 그들에게 비용과 용량에 대한 의심의 이점을 15%로 낮추었습니다. 초기 수치가 더 나빴기 때문에 세 번 확인하고 다시 작성했습니다. 더 나은 방법론을 제안하고 이를 데이터에 적용해보세요.

#3: 이 데이터는 경차 스테이션에 대한 것이며 무거운 차량 스테이션이 더 신뢰할 수 있습니다!

아니요, 고속 수소 이동에 대한 복잡성과 요구 사항이 추가되면서 신뢰성을 달성하기가 더 어려워졌습니다. 이 15% 결과는 트럭에 비해 너무 낮을 가능성이 있습니다. 참고로 10% 일화 데이터는 350 기압 펌핑 시스템에 대한 것입니다.

#4: 대신 액체 수소를 사용할 것이기 때문에 문제가 되지 않습니다!

아니요, 절대 영도보다 20° 높은 온도에서 수소를 저장하고 펌핑하는 것은 700기압 가스보다 훨씬 더 복잡합니다. 열 및 압력 관리와 관련된 과제는 위험과 마찬가지로 배가됩니다. 액체 수소는 사용하기가 너무 어려워 우주 산업이 액체 수소에서 벗어나 메탄으로 전환하고 있습니다.

#5: 아무도 사용하지 않기 때문에 그냥 무너지고 있고, 더 많이 사용하면 더 좋아질 것입니다!

그것은 실제로 수소 옹호자가 실제로 만들고 싶어하는 요점을 만들지 않습니다. 요점 #2를 참조하십시오.

#6: 데이터가 잘못되었습니다. 작성자가 조작한 것입니다!

데이터는 모두 실제 주유소의 실제 결과에 대한 NREL 수소 프로그램 보고서에서 가져온 것입니다.

#7: 중요하지 않은 오류를 발견했으므로 전체 평가를 무효화할 수 있는 권한을 스스로 부여합니다!

그 사람이되지 마십시오.

#8: 결과가 마음에 들지 않아요!

그렇다면, 당신은 정말로 내 다른 기사와 함께 앉아 있어야 합니다. 편견과 누락된 데이터를 통해 기후 솔루션을 명확하게 보는 것은 어려운 일입니다. — 잠시 동안 당신의 삶의 선택을 생각해보십시오.

요약하자면, 55년 동안 수백만 킬로그램의 수소가 공급된 20개 충전소를 포함하는 가장 큰 공공 데이터 세트의 수소 충전소는 수소 충전소가 수소를 펌핑하는 시간보다 15% 더 많은 시간 동안 서비스를 중단하고 있음을 보여줍니다. 연간 유지관리 비용은 설비 투자의 4%가 아닌 XNUMX%입니다.

ICCT, 다임러, 수소 충전 공급업체 및 미국 DOE가 이제 15%를 사용하기 시작할 것으로 예상합니까? 아니요, 저는 그들이 캘리포니아의 데이터와 자본 지출에 대한 보다 실제적인 데이터를 사용하여 제가 방금 수행한 연구를 재현하고 4%보다 훨씬 더 현실적인 수치를 제시할 것으로 기대합니다. 개인적으로 저는 15%에 만족하며 이를 사용하고 제가 참여하는 그룹에 사용하도록 권장할 것입니다.

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